يحتوي خزان على 200l من غاز الهيدروجين عند ضغط مقداره 125kpa فإذا انخفض الحجم ليصبح 150lفإن الضغط الجديد للغاز يساوي
يحتوي خزان على 200l من غاز الهيدروجين عند ضغط مقداره 125kpa فإذا انخفض الحجم ليصبح 150lفإن الضغط الجديد للغاز يساوي
ولكن، تُعتبر قوانين الغاز من المفاهيم الأساسية في علم الكيمياء والفيزياء، ولذلك، تتحكم في كيفية تصرف الغازات تحت ظروف مختلفة من الضغط والحجم ودرجة الحرارة. وفي هذا المقال، سنستعرض تطبيق قانون بويل، وعلى أحد قوانين الغاز الأساسية، و لحساب الضغط الجديد لغاز الهيدروجين في خزان عند تغيير حجمه. ولذلك، هذا المفهوم ليس فقط مهمًا للأكاديميين، بل أيضًا للمهندسين والعلماء الذين يعملون في مجالات تتطلب التعامل مع الغازات.
ما هو قانون بويل؟
قانون بويل هو أحد قوانين الغاز المثالية، وينص على أن حجم الغاز يتناسب عكسيًا مع الضغط عند ثبوت درجة الحرارة. يُعبر عن هذا القانون رياضيًا بالمعادلة:
P_1 \times V_1 = P_2 \times V_2P
1
×V
1
=P
2
×V
2
حيث:
P_1P
1
هو الضغط الابتدائي للغاز.
V_1V
1
هو الحجم الابتدائي للغاز.
P_2P
2
هو الضغط الجديد للغاز.
V_2V
2
هو الحجم الجديد للغاز.
تطبيق قانون بويل على المثال
في هذا المثال، لدينا خزان يحتوي على 200 لتر من غاز الهيدروجين عند ضغط 125 كيلو باسكال. ولكن، نريد حساب الضغط الجديد عندما يتغير حجم الغاز إلى 150 لتر.
المعطيات:
الحجم الابتدائي للغاز (V_1V
1
) = 200 لتر
الضغط الابتدائي للغاز (P_1P
1
) = 125 كيلو باسكال
الحجم الجديد للغاز (V_2V
2
) = 150 لتر
المطلوب:
الضغط الجديد للغاز (P_2P
2
)
الحل:
نستخدم قانون بويل لإيجاد الضغط الجديد:
P_1 \times V_1 = P_2 \times V_2P
1
×V
1
=P
2
×V
2
نضع المعطيات في المعادلة:
125 \, \text{kPa} \times 200 \, \text{L} = P_2 \times 150 \, \text{L}125kPa×200L=P
2
×150L
لحساب P_2P
2
نعيد ترتيب المعادلة:
P_2 = \frac{125 \times 200}{150}P
2
=
150
125×200
P_2 = \frac{25000}{150}P
2
=
150
25000
P_2 = 166.67 \, \text{kPa}P
2
=166.67kPa
حل السؤال يحتوي خزان على 200l من غاز الهيدروجين عند ضغط مقداره 125kpa فإذا انخفض الحجم ليصبح 150lفإن الضغط الجديد للغاز يساوي
الجواب بشكل جيد وهو
إذن، الضغط الجديد للغاز يساوي 166.67 كيلو باسكال.
تحليل النتيجة
تشير النتيجة إلى زيادة الضغط عند تقليل حجم الغاز، وهو ما يتوافق مع قانون بويل. ولكن عندما يتقلص حجم الغاز في الخزان، تتقارب جزيئات الغاز أكثر مما يزيد من الاصطدامات بينها، وهذا يؤدي إلى زيادة الضغط.
شاهد أيضاً: تعتبر نقطة التلاشي من العناصر المستخدمة لتنفيذ الأعمال الفنية ولها عدة أشكال كما ترتكز على عدة قواعد
أهمية قوانين الغاز في الحياة العملية
تستخدم قوانين الغاز في العديد من التطبيقات اليومية والصناعية. ولذلك فهم كيفية تفاعل الغازات مع الضغط والحجم يمكن أن يساعد في تصميم أنظمة التخزين، مثل الخزانات التي تحتوي على الغاز الطبيعي المضغوط، أو في تطبيقات تكييف الهواء والتبريد.
تطبيقات صناعية: ولكن، تستخدم قوانين الغاز في تصميم واختبار الأنظمة التي تعمل تحت ضغط عالٍ، مثل الأنابيب والصمامات في الصناعات النفطية والغازية.
الرعاية الصحية: في المجال الطبي، و يُستخدم الأكسجين المضغوط في العلاج بالأوكسجين، حيث يتعين على المختصين فهم كيفية تأثير التغيرات في الحجم والضغط على الغاز.
السيارات والطائرات: تُستخدم قوانين الغاز في تصميم محركات السيارات والطائرات، و حيث يؤثر الضغط والحجم على كفاءة احتراق الوقود.
قوانين الغاز، وبخاصة قانون بويل، ولذلك، تُعد من الأساسيات التي يجب أن يلم بها كل من يتعامل مع الغازات في مجال عمله. من خلال تطبيق هذه القوانين، يمكن للمهندسين والعلماء التنبؤ بكيفية تصرف الغازات تحت ظروف مختلفة، مما يساعد في تحسين الكفاءة والسلامة في التطبيقات المختلفة.
هذا المثال الذي ناقشناه يظهر كيف يمكن أن تؤدي تغييرات بسيطة في الحجم إلى تغييرات كبيرة في الضغط، مما يؤكد أهمية فهم هذه القوانين لضمان الأداء الآمن والفعال للأجهزة والنظم التي تعتمد على الغاز.
